(57)【要約】【課題】燃焼排ガス流路に配置した可燃性ガスセンサの信頼性とそれに纏わる安全対策を向上させた燃料電池システムを提供すること。【解決手段】燃焼排ガス流路に配置した可燃性ガスセンサ２０がガス検出可能となる運転初期時もしくは運転停止時に、燃料電池１７のアノード極１５もしくはカソード極１６に、炭化水素系燃料ガスを少量流入して外に排出してその流路滞留ガスを置換パージするとともに、その排出ガスを燃焼させている。外に排出された炭化水素系燃料ガスは、可燃性ガスセンサ２０と反応してその反応表面に付着した空気中の各種有機化合物などを空焼き除去して定期的にリフレッシュする作用を生じ、可燃性ガスセンサ２０は、検出ミスすることなく検知が出来る。【選択図】図１
2006012479.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素系燃料ガスを供給する燃料供給手段と、水を供給する水供給手段と、酸素含有気体を供給する酸素含有気体供給手段と、前記燃料供給手段から供給される炭化水素系燃料ガスと前記水供給手段から供給させる水を用いて水素系ガスを生成する燃料改質部と、前記燃料供給手段から供給される炭化水素系燃料ガスおよび前記燃料改質部で生成する水素系ガスを燃焼させる燃焼部と、前記燃料改質部で生成する水素系ガスのアノード極への供給と酸素含有気体のカソード極への供給により発電する燃料電池と、前記燃焼部からの燃焼排ガス流路に配置して炭化水素系燃料ガスおよび水素系ガスおよび一酸化炭素の少なくともいずれかを検知する可燃性ガスセンサと、前記可燃性ガスセンサを動作させその検出信号を判定処理するガス検出判断回路を、少なくとも有しており、前記燃焼部が燃焼状態であり前記可燃性ガスセンサがガス検出可能となっている発電開始前もしくは発電終了後に、前記燃料電池の前記アノード極もしくは前記カソード極に前記燃料供給手段から炭化水素系燃料ガスを少量流入して外に排出しその流路滞留ガスを置換パージする運転開始アノードパージ手段、運転開始カソードパージ手段、運転停止アノードパージ手段、運転停止カソードパージ手段の少なくとも１個を作動させ、前記これらパージ手段から排出される炭化水素系燃料ガスを前記燃焼部に導いて燃焼させる燃料電池システム。
【請求項２】
燃焼部に予め炭化水素系燃料ガスを直接に供給して燃焼させて燃料改質部を予備加熱しておいてから、運転開始アノードパージ手段が作動して、炭化水素系燃料ガスを前記燃料改質部の内部を経由して燃料電池のアノード極に流入させ前記燃焼部で燃焼させる請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
運転開始アノードパージ手段の作動終了後に、炭化水素系燃料ガスを燃料改質部の内部に流入させ、通過ガスを燃焼部に導いて燃焼させた燃焼熱で前記燃料改質部を加熱する請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項４】
運転開始アノードパージ手段の作動終了後に、水供給手段から供給される理論量より過剰の水と、燃料供給手段から供給させる炭化水素系燃料ガスとで、燃料改質部において水素系ガスを生成する反応を行なわせ、通過ガスを燃焼部に導いて燃焼させた燃焼熱で前記燃料改質部を加熱する請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項５】
燃料改質部と燃料電池のアノード極の間に、水素系ガスに含有する一酸化炭素を酸化して低減する浄化触媒を少なくともさらに１個配置した構成であり、運転開始アノードパージ手段の作動終了後に、前記燃料改質部および浄化触媒を安定して化学反応が行なえる温度に到達させてから、前記浄化触媒を通過した水素系ガスを燃料電池のアノード極に供給するとともに、その未使用水素系ガスを燃焼部に供給して燃焼させ、その燃焼熱で前記燃料改質部を加熱する請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項６】
燃料電池のアノード極の内部に水素系ガスを予め封入する予備水素パージ手段の後に、運転停止アノードパージ手段が作動する請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項７】
燃料電池のアノード極の内部に水素系ガスを封入する予備水素パージ手段の後に、燃料改質部に水供給手段から水だけを供給して発生する水蒸気によりその流路滞留ガスをパージする予備水蒸気パージ手段を作動させ、さらにその後に、運転停止アノードパージ手段を作動させる請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項８】
運転停止アノードパージ手段で燃料改質部および燃料電池のアノード極に炭化水素系燃料ガスを封入した後に、システム運転が停止する請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項９】
燃焼部を燃焼させて燃料改質部を予備加熱しておいてから、運転開始カソードパージ手段が作動する請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
運転停止カソードパージ手段の終了後に、システム運転が停止する請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
可燃性ガス検出判断センサユニットは、そのセンサ出力が、予め設定した少なくとも２つの閾値（Ａ）および（Ｂ）の領域内に有る時は問題なしと判断し、前記閾値（Ａ）もしくは閾値（Ｂ）の領域外に有る時は問題有りと判断して警報を発しており、前記閾値（Ａ）は、問題と設定したガス濃度に対応するセンサ出力値であり、前記閾値（Ｂ）は、長期間の使用におけるガス濃度ゼロ対応の下限センサ出力値（α）であるとした請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
可燃性ガスセンサが接蝕燃焼式ガスセンサであり、問題有りの初期ガス感度をＳ、初期ゼロ点出力をＥとすると、閾値（Ｂ）は、Ｂ＝Ｅ−（０．５０〜０．０８）×Ｓである請求項１１記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼部を有する燃料電池システムに関し、特にその燃焼排ガス流路に配置した可燃性ガスセンサの信頼性とそれに纏わる安全対策を向上させたものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料電池装置として、万が一に漏洩する水素などの可燃性ガスを検知する気体検知手段をパッケージ内に配置したものが有る（例えば、特許文献１）。この従来の燃料電池装置は、図７に示す通りであり、水素系ガスを生成する燃料改質装置１と、生成した水素系ガスで発電する燃料電池２と、これらを駆動させる補機３と制御する電気制御装置４と、漏洩する可燃性ガスを検知する気体検知手段５が、パッケージ６の内部空間に配置されている。気体検知手段５は、パッケージ６の上部内壁に設けられ、その対向する側には換気装置７が設けられている。またさらに、換気装置７には、燃料電池２から排出されるカソード排気８もしくは、燃料改質装置１から排出される燃焼排気の出口部１０、のいずれかまたは両方が配置されている。そして、これらから漏洩排気される可燃性ガスが、気体検知手段５ですぐに検知される様にしている。
【０００３】
また、燃焼排ガス流路に、ハイドロカーボンや一酸化炭素（以下、ＣＯと記す）を検出する２５０℃動作型の一酸化炭素センサ（以下、ＣＯセンサと記す）を配置し、燃料ガスの生ガス漏れや不完全燃焼によるＣＯ発生を検出している燃焼機器が有る。（例えば、特許文献２）。この燃焼機器は、燃焼運転が停止すると燃焼ファンを回転させて、ＣＯセンサのゼロ点補正を行う。一方、電源が投入されると、ＣＯセンサに内蔵されているヒータがすぐに過熱されて、非燃焼時におけるハイドロカーボン濃度の検出を行なう。ハイドロカーボン濃度が多量存在する時は、次回の燃焼装置を停止させる措置をとり、少量の際は点火して燃焼を行なう措置をとる。そして、燃焼中は、一酸化炭素濃度の検出を常時行ない、もしも多量にＣＯが検出されると燃焼ファンの回転数を高めるなどして、その濃度を低減させる安全動作を行なう。
【０００４】
一方、従来の燃料電池システムとして、燃料電池の発電開始前および発電終了後の少なくとも一方において、バイパス手段を経由して燃料電池の燃料ガス流路に、炭化水素系の燃料原料ガスを封入するものが有る（例えば、特許文献３）。このことで、窒素ガスを用いないで燃料ガス流路の雰囲気のパージを行ない、燃料ガス流路に滞留するガスを追い出して燃料電池の燃料極や空気極の活性を維持している。
【特許文献１】特開２００３−２２９１４８号公報
【特許文献２】特開平９−１４６５５号公報
【特許文献３】特開２００３−２２９１４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のガス漏洩検知センサ付き燃料電池装置は、気体検知手段５を用いてガス漏洩を検知する概念は有るが、気体検知手段５のリフレッシュを目的にして、燃料電池２から排出されるカソード排気８や、燃料改質装置１から排出される燃焼排気の出口部１０に、可燃性ガスを意図的に漏洩排気させて反応させ、その表面温度を上昇させて空焼きする概念やその手段の記載が無い。そのため、気体検知手段５が、空気浮遊有機化合物で覆われてしまって正しくガス漏洩を検知できているか不安であり、もしもリフレッシュを実施する場合、リフレッシュ動作装置が複雑でその操作が煩雑となる課題が有った。また、燃焼排ガス流路にＣＯセンサを配置した従来の燃焼機器も、ＣＯセンサのリフレッシュを目的にして、意図的に可燃性ガスを漏洩排気させてＣＯセンサと反応させ、その表面温度を上昇させて空焼きする概念やその手段の記載が無い。そのため、ＣＯセンサが、空気浮遊有機化合物で覆われてしまって正しくガス漏洩を検知できるかが不安であり、もしもリフレッシュを実施する場合、リフレッシュ動作装置が複雑でその操作が煩雑となる課題が有った。以下、詳細に説明する。
【０００６】
例えば、従来の燃焼機器の場合、燃焼ファンの回転数増減や燃料供給量の増減で、簡単に燃焼排ガス中のハイドロカーボンやＣＯの量が増加する。そのため、この排出される可燃性ガスをＣＯセンサと反応させ、その表面温度を上昇させて空焼きすることが設計的手段として思いつくが、空焼きに必要な少量濃度のこれらガスを発生する燃焼状態は不安定であるため、たちまち失火して火が消え高濃度のハイドロカーボンやＣＯが発生する。そのため、ＣＯセンサの適正検知領域（０．０５〜１％）から外れてしまって、その表面温度が高温になりすぎてセンサを部分的に熱破壊する可能性が高まるとともに、失火という新たな課題発生が有る。この失火原因は、同一系統の燃料流路から燃料を供給し、しかもその供給量増減でＣＯ等を発生していることに起因している。これを防止して安定燃焼しつつも、ＣＯセンサを適正に空焼きするには、例えば燃料流路を２系統にするとか、いずれか燃料流路を昇圧にするなどの工夫が必要であり、その装置や操作が複雑で煩雑になる。
【０００７】
一方、発電開始前および発電終了後に、炭化水素系の燃料原料ガスで燃料ガス流路をパージする従来の燃料電池システムは、外に排出した燃料原料ガスに関する安全性を確保するための安全装置が複雑でその操作が煩雑となる課題が有った。
【０００８】
本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、発電開始前および発電終了後に可燃性ガスセンサをリフレッシュすることを目的にして、可燃性ガスを少量含む燃焼排ガスを短時間排出することが、簡単な装置や操作で安定してできる様にしたものである。そして、本来働かなければならない時つまり、燃料電池の発電中の万が一のアクシデントで排出されたＣＯなど可燃性ガスを、検出ミスすることなくいつでも検知して、警報などでこのことを知らせることが出来る様にしたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、燃焼部が燃焼状態であり可燃性ガスセンサがガス検出可能となっている発電開始前もしくは発電終了後に、燃料電池のアノード極もしくはカソード極に炭化水素系燃料ガスを少量流入して外に排出しその流路滞留ガスを置換パージするパージ手段を作動させ、これらパージ手段から排出される炭化水素系燃料ガスを燃焼部に導いて燃焼させるとした。
【００１０】
本発明は、発電開始前の炭化水素系燃料ガスを燃焼させた状態、もしくは、発電終了後の炭化水素系燃料ガスや水素系ガスを燃焼させた状態である時に、これらガスとは別流路の供給でありアノード極もしくはカソード極を経由した少量の炭化水素系燃料ガスを、さらに混合して燃焼させている。発電開始前や発電終了後の安定燃焼が行なわれている時に、これら燃料ガスとは別流路の供給であり、しかも圧力損失の高いアノード極もしくはカソード極を経由するために、昇圧した少量の炭化水素系燃料ガスをさらに混合して燃焼させているので、燃焼部は、安定燃焼しつつも、空焼きに必要な低濃度の可燃性ガスを短時間発生する。このため、可燃性ガスセンサは簡単に定期的リフレッシュができるともに、燃料電池システムはその燃焼部が失火することなく、正常に発電開始やシステム停止が行なわれる。さらに加えて、燃焼部が、水素系ガス生成触媒をその内部に充填したステンレス製などの筐体からなる燃料改質部を加熱しているのでその輻射熱の影響を受けて、炭化水素系燃料ガスを多く燃焼させる程、燃焼排ガス温度が上昇する特性が得られる。そのため、燃焼排ガス中に配置された可燃性ガスセンサは、その表面温度を高く維持できこのことで、表面に付着した油煙などを高温で焼き切って除去してセンサの感度維持がはかれ、所謂ねむ現象と言う検出ミスを防止する利点が生じる。また、アノード極やカソード極を、炭化水素系燃料ガスを用いて流路滞留ガスを置換パージしているので、これら材料や通路に付着した水や空気などの不純物を効率よく除去し、各々の電極の活性を高める利点も生じる。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、本発明の燃料電池システムは、発電開始前もしくは発電終了後に微量の炭化水素系燃料ガスを外に排出して燃焼部で燃焼させ、一時的に低濃度の可燃性ガスを発生させている。このため、燃焼排ガス中に配置された可燃性ガスセンサは、その温度をさらに高く維持して表面に付着した油煙などを高温で焼き切って除去でき、センサの感度維持がはかれ、所謂ねむ現象と言う検出ミスを防止する作用が生じる。またこのことにより、可燃性ガスセンサは、燃料電池システム運転中の万が一アクシデントで排出されるＣＯなどの炭化水素系ガスを、検出ミスすることなくいつでも検知して、警報などでこのことを知らせることが出来る。これに加えて、アノード極やカソード極を、炭化水素系燃料ガスを用いて流路滞留ガスを置換パージしているので、これら材料や通路に付着した水や空気などの不純物を効率よく除去して各々の電極の活性を高め、その耐久信頼性を向上させる利点も生じる。また、パージした炭化水素系燃料ガスは、燃焼部で燃焼させているため、ガス安全性が向上した燃料電池システムが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
第１の発明は、炭化水素系燃料ガスを供給する燃料供給手段と、水を供給する水供給手段と、酸素含有気体を供給する酸素含有気体供給手段と、前記燃料供給手段から供給される炭化水素系燃料ガスと前記水供給手段から供給させる水を用いて水素系ガスを生成する燃料改質部と、前記燃料供給手段から供給される炭化水素系燃料ガスおよび前記燃料改質部で生成する水素系ガスを燃焼させる燃焼部と、前記燃料改質部で生成する水素系ガスのアノード極への供給と酸素含有気体のカソード極への供給により発電する燃料電池と、前記燃焼部からの燃焼排ガス流路に配置して炭化水素系燃料ガスおよび水素系ガスおよび一酸化炭素の少なくともいずれかを検知する可燃性ガスセンサと、前記可燃性ガスセンサを動作させその検出信号を判定処理するガス検出判断回路を、少なくとも有しており、前記可燃性ガスセンサが所定動作温度まで加熱されてガス検出可能となっている発電開始前もしくは発電終了後に、前記燃料電池の前記アノード極もしくは前記カソード極に前記燃料供給手段から炭化水素系燃料ガスを少量流入して外に排出しその流路滞留ガスを置換パージする運転開始アノードパージ手段、運転開始カソードパージ手段、運転停止アノードパージ手段、運転停止カソードパージ手段の少なくとも１個を作動させ、前記これらパージ手段から排出される炭化水素系燃料ガスを前記燃焼部に導いて燃焼させるとしている。
本発明の燃料電池システムは、発電開始前もしくは発電終了後に微量の炭化水素系燃料ガスを外に排出し、燃焼部で燃焼されて一時的にＣＯを多く生成させている。このため、可燃性ガスセンサは、ＣＯを良好に検出できるかの自己診断が出来る。また、可燃性ガスセンサは、２００℃以上という動作温度まで加熱されたタイプを使用し、燃焼排ガス中に配置してその表面温度をさらに高く維持して、表面に付着した油煙などを高温で焼き切って除去している。そのため、センサの感度維持がはかれ、所謂ねむ現象と言う検出ミスを防止する作用が生じる。これらのことにより、可燃性ガスセンサは、燃料電池システム運転中の万が一アクシデントで排出されるＣＯなどの炭化水素系ガスを、検出ミスすることなくいつでも検知して、警報などでこのことを知らせることが出来る。これに加えて、アノード極やカソード極を、炭化水素系燃料ガスを用いて流路滞留ガスを置換パージしているので、これら材料や通路に付着した水や空気などの不純物を効率よく除去し、各々の電極の活性を高める利点も生じる。また、パージした炭化水素系燃料ガスは、燃焼部で燃焼させているため、ガス安全性が向上した燃料電池システムが得られる。
【００１３】
第２の発明は、第１の発明の燃料電池システムにおいて、燃焼部に予め炭化水素系燃料ガスを直接に供給して燃焼させて燃料改質部を予備加熱しておいてから、運転開始アノードパージ手段が作動して、炭化水素系燃料ガスを前記燃料改質部の内部を経由して燃料電池のアノード極に流入させ燃焼部で燃焼させるとしている。
【００１４】
燃焼部が、最初は直接に炭化水素系燃料ガスが供給されて燃焼し、この燃焼熱により燃料改質部を予備加熱させている。そして例えば、所定時間の経過などの予め記憶させておいた信号を受けると、加熱された燃料改質部やアノード極を経由したパージされた炭化水素系燃料ガスがさらに加わって供給されて燃焼する。このため、温度が高められた炭化水素系燃料ガスが燃焼部に供給されその燃焼性が向上する。一方、パージされた炭化水素系燃料ガスのさらなる供給により、燃焼部は安定燃焼しつつも一時的に一酸化炭素が発生するが、可燃性ガスセンサは簡単に定期的リフレッシュができる。さらに加えて、燃料電池システムは、燃焼部が失火することなく正常に発電開始が行なわれ、ガス安全性がさらに向上する。
【００１５】
第３の発明は、第１の発明の燃料電池システムにおいて、運転開始アノードパージ手段の作動終了後に、炭化水素系燃料ガスを燃料改質部の内部に流入させ、通過ガスを燃焼部に導いて燃焼させた燃焼熱で燃料改質部を加熱するとしている。炭化水素系燃料ガスがその内部空間を流入している高温の燃料改質部をその外側から燃焼部が加熱しているので、その輻射熱の影響を受けて、燃焼排ガス温度が上昇する特性が得られる。そのため、燃焼排ガス中に配置された可燃性ガスセンサは、その表面温度を高く維持して表面に付着した油煙などを高温で焼き切って除去してセンサの感度維持がはかれ、所謂ねむ現象と言う検出ミスを一層防止する利点が生じる。
【００１６】
第４の発明は、第１の発明の燃料電池システムにおいて、運転開始アノードパージ手段の作動終了後に、水供給手段から供給される理論量より過剰の水と、燃料供給手段から供給させる炭化水素系燃料ガスとで、燃料改質部において水素系ガスを生成する反応を行なわせ、通過ガスを燃焼部に導いて燃焼させた燃焼熱で前記燃料改質部を加熱するとしている。
【００１７】
理論量より２〜４倍という過剰の水を供給して水素系ガスを生成する反応を行なわせたので、通常より水分を多く含む燃焼排ガスが得られる。そのため、このアノードパージ手段の作動終了後に続く発電準備段階や発電段階で排出される燃焼排ガス中の過剰水分により、可燃性ガスセンサに付着する油煙などの有機物が柔らかくなる効果が生じる。そして、次回の運転開始時に行なわれる運転運転開始アノードパージ手段などによる空焼き実施で、可燃性ガスセンサは一層簡単に定期的リフレッシュができる。さらに加えて、炭化水素系燃料ガスがその内部空間を流入している高温の燃料改質部をその外側から燃焼部が加熱しているので、その輻射熱の影響を受けて、燃焼排ガス温度が上昇する特性が得られる。そのため、燃焼排ガス中に配置された可燃性ガスセンサは、その表面温度を高く維持できこのことで、表面に付着した油煙などを高温で焼き切って除去してセンサの感度維持がはかれ、所謂ねむ現象と言う検出ミスを一層防止する利点が生じる。
【００１８】
第５の発明は、第１の発明の燃料電池システムにおいて、燃料改質部と燃料電池のアノード極の間に、水素系ガスに含有する一酸化炭素を酸化して低減する浄化触媒を少なくともさらに１個配置した構成であり、運転開始アノードパージ手段の作動終了後であり、前記燃料改質部および浄化触媒を安定して化学反応が行なえる温度に到達されてから、前記浄化触媒を通過した水素系ガスを燃料電池のアノード極に供給するとともに、その未使用水素系ガスを燃焼部に供給して燃焼させ、その燃焼熱で前記燃料改質部を加熱するとしている。浄化触媒を通過した水素系ガスを燃焼部に供給しているため、一酸化炭素が低減された水素系ガスが燃焼部に排出される。このため、燃焼部は一酸化炭素を生成することなく燃焼し、ガス安全性がさらに向上した燃料電池システムが得られる。また、この燃焼段階では一酸化炭素が発生しない様に安定燃焼できるため、可燃性ガスセンサは、この安定燃料とその前段初期の一酸化炭素発生燃焼におけるセンサ出力の大小関係で、センサの自己診断が確実にできる。
【００１９】
第６の発明は、第１の発明の燃料電池システムにおいて、燃料電池のアノード極の内部に水素系ガスを予め封入する予備水素パージ手段の後に、運転停止アノードパージ手段が作動するとしている。封入する際に外に排出された水素系ガスとその後の炭化水素系燃料ガスは、可燃性ガスセンサとの相乗効果槽により効果的に反応してその燃焼熱で、表面に付着した水分や油煙などを効果的に焼き切って除去してセンサの感度維持を一層助け、所謂ねむ現象と言う検出ミスを防止する作用が生じる。そのため、可燃性ガスセンサは、燃料電池システム運転中の万が一アクシデントで排出される可燃性ガスを、検出ミスすることなくいつでも一層短時間に検知して警報などでこのことを知らせることが出来る。また、アノード極に水素ガスを封入しその後に炭化水素系燃料ガスを用いて流路滞留ガスを置換パージしているので、電極材料や通路に付着した水や空気などの不純物を効率よく除去し、各々の電極の活性を一層高める利点も生じる。
【００２０】
第７の発明は、第１の発明の燃料電池システムにおいて、燃料電池のアノード極の内部に水素系ガスを封入する予備水素パージ手段の後に、燃料改質部に水供給手段から水だけを供給して発生する水蒸気によりその流路滞留ガスをパージする予備水蒸気パージ手段を作動させ、さらにその後に、運転停止アノードパージ手段を作動させるとしている。水蒸気によりその流路滞留ガスをパージする予備水蒸気パージ手段を設けたので、通常より水分を多く含む燃焼排ガスが得られる。そのため、燃焼排ガス中の過剰水分により、可燃性ガスセンサに付着する油煙などの有機物が柔らかくなる効果が生じる。そして、次に続く運転停止時に行なわれる運転停止アノードパージ手段などによる空焼き実施で、可燃性ガスセンサは一層簡単に定期的リフレッシュができる。また、燃料改質部およびその流路に滞留してガスを水蒸気でパージしているので、これら流路に不必要に滞留する水素や炭化水素系燃料ガスの量を低減でき、ガス安全性がさらに向上した燃料電池システムが得られる。
【００２１】
第８の発明は、第１の発明の燃料電池システムにおいて、運転停止アノードパージ手段で燃料改質部および燃料電池のアノード極に炭化水素系燃料ガスを封入した後に、システム運転が停止するとした。燃料改質部および燃料電池のアノード極に炭化水素系燃料ガスを封入して運転が停止するので、これら流路に必要最低限量の炭化水素系燃料ガスを滞留でき、ガス安全性がさらに向上した燃料電池システムが得られる。また、炭化水素系燃料ガスの封入により、運転停止した後の長時間放置でも、燃料改質部および燃料電池のアノード極が空気酸化されることがなく、高い材料活性を長時間維持できる。
【００２２】
第９の発明は、第１の発明の燃料電池システムにおいて、燃焼部を燃焼させて燃料改質部を予備加熱しておいてから、運転開始カソードパージ手段が作動するとしている。燃焼部が最初は燃焼し、この燃焼熱により燃料改質部を予備加熱されている。そして例えば所定時間の経過などの予め記憶させておいた信号を受けると、運転開始カソードパージ手段が作動して、カソード極を経由したパージされた炭化水素系燃料ガスがさらに加わった燃焼が起こる。パージされた炭化水素系燃料ガスのさらなる供給により、燃焼部は安定燃焼しつつも一時的な一酸化炭素発生が有るが、可燃性ガスセンサは簡単に定期的リフレッシュができる。さらに加えて、燃料電池システムは、燃焼部が失火することなく正常に発電開始が行なわれ、ガス安全性がさらに向上する。
【００２３】
第１０の発明は、第１の発明の燃料電池システムにおいて、運転停止カソードパージ手段の終了後に、システム運転が停止するとした。封入する最に外に排出された少量の炭化水素系燃料ガスは、可燃性ガスセンサと反応してその反応表面に付着した空気中の各種有機化合物などを効果的に除去してその活性化を助ける働きが有る。この炭化水素系燃料ガスの外への排出を、運転停止する前に行っているため、次回運転における所謂ねむと言う検出ミスが防止されて、可燃性ガスセンサは、万が一のアクシデントで燃料電池システムから排出される炭化水素系燃料ガスを一層短時間に検知して、警報などでこのことを瞬時に知らせることが出来る。また、炭化水素系燃料ガスの封入により、運転停止した後の長時間放置でも、燃料改質部および燃料電池のカソード極が空気酸化されることがなく、高い材料活性を長時間維持できる。
【００２４】
第１１の発明は、第１の発明の燃料電池システムにおいて、可燃性ガス検出判断センサユニットは、そのセンサ出力が、予め設定した少なくとも２つの閾値（Ａ）および（Ｂ）の領域内に有る時は問題なしと判断し、前記閾値（Ａ）もしくは閾値（Ｂ）の領域外に有る時は問題有りと判断して警報を発しており、前記閾値（Ａ）は、問題と設定したガス濃度に対応するセンサ出力値であり、前記閾値（Ｂ）は、長期間の使用におけるガス濃度ゼロ対応の下限センサ出力値（α）であることとした。
【００２５】
ガス検出判断回路に、少なくとも２つの閾値（Ａ）および（Ｂ）を予め設定しておき、閾値（Ａ）は、問題と設定したガス濃度に対応するセンサ出力値であり、閾値（Ｂ）は、長期間の使用におけるガス濃度ゼロに対応する下限センサ出力値（α）であるとしている。そして、センサ出力が２つの閾値（Ａ）および（Ｂ）の領域内に有る時は問題なしと判断し、閾値（Ａ）もしくは閾値（Ｂ）の領域外に有る時は問題有りと判断して警報を発している。このことで、可燃性ガスセンサが長期間の使用により、その大気中におけるセンサ出力が本来有り得ない側に大幅に変化していないか否かが診断でき、誤測定が起こらない様にできる。また、これにより、ガス安全性の高い燃料電池システムが得られる。
【００２６】
第１２の発明は、第１１の発明の燃料電池システムにおいて、可燃性ガスセンサが接蝕燃焼式ガスセンサであり、問題有りの初期ガス感度をＳ、初期ゼロ点出力をＥとすると、閾値（Ｂ）は、Ｂ＝Ｅ−（０．５０〜０．０８）×Ｓであるとしている。接蝕燃焼式ガスセンサを使用する際の閾値（Ｂ）を、問題有りの初期ガス感度Ｓと、初期ゼロ点出力Ｅとの関係で整理してその具体的値を明示しているため、大気中での自己診断の精度が向上し、一層ガス安全性の高い燃料電池システムが得られる。
【００２７】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１および図２は、本発明の第１の実施の形態の構成図である。まず、構成について説明する。燃料電池システムは、炭化水素系燃料ガスを供給する燃料供給手段１１と、水を供給する水供給手段１２と、酸素含有気体を供給する酸素含有気体供給手段１３と、燃料供給手段１１から供給される炭化水素系燃料ガスと水供給手段１２から供給させる水を用いて水素系ガスを生成する燃料改質部１４と、水素リッチ系ガスのアノード極１５への供給と酸素含有気体のカソード極１６への供給により発電する燃料電池１７と、燃料供給手段１１から供給される炭化水素系燃料ガスおよび燃料改質部１４で生成する水素系ガスを燃焼させる燃焼部１８と、燃焼部１８からの燃焼排ガス流路１９に配置して炭化水素系燃料ガスおよび水素系ガスおよび一酸化炭素の少なくともいずれかを検知する可燃性ガスセンサ２０と、可燃性ガスセンサ２０を動作させその検出信号を判定処理するガス検出判断回路２１を、少なくとも有している。
【００２８】
主要部品の構成と材料を具体的に説明する。燃料改質部１４は、アルミナ担体にルテニウムを担持した触媒をステンレス容器に充填した装置である。燃焼部１８により約６５０℃に加熱され、燃料供給手段１１からの炭化水素系燃料ガス（例えば、メタンが主成分の都市ガス）と、水供給手段１２からの純水の供給を受けると、化学反応が起こり８割の水素と２割の二酸化炭素を生成する。なお、燃料供給手段１１の前流には、脱流器と昇圧器（いずれも記載せず）が配置されており、含有する硫黄化合物を除去するとともに昇圧して炭化水素系燃料ガスを供給している。また、燃料改質部１４の後流には、アルミナ担体に白金を担持した浄化触媒（記載せず）が少なくとも１個配置されており、含有する一酸化炭素を低減させた水素系ガスを、燃料電池１７に供給する様にしている。燃料電池１７は、カーボンブラックに触媒の白金粒子を担持した構成のアノード極１５およびカソード極１６の間に、フッ化炭素の主鎖にスルホン基の側鎖を付着させた高分子系水素イオン伝導性電解質膜を配置した電池の集合体である。燃料改質部１４からアノード極１５へ供給させる水素と、酸素含有気体供給手段１３からカソード極１６へ供給させる空気中の酸素により、電気化学反応が起こり発電する。可燃性ガスセンサ２０は、白金触媒などをアルミナ系もしくは酸化スズ系の担体に担持させた感応体を付着させた白金線を組み合わせて用いる接触燃焼式ガスセンサ、白金電極を形成したジルコニアなどの固体電解質板を用いる固体電解質式ガスセンサである。これら可燃性ガスセンサ２０は、２００℃以上に加熱されており、炭化水素系燃料ガスまたは水素系ガスまたはＣＯガスを検知すると、酸化反応が起こってセンサ出力が変化する性質がある。
【００２９】
本発明は、燃焼部１８が燃焼状態であり可燃性ガスセンサ２０がガス検出可能となっている発電開始前もしくは発電終了後に、燃料電池１７のアノード極１５もしくはカソード極１６に、燃料供給手段１１から炭化水素系燃料ガスを少量流入して外に排出しその流路滞留ガスを置換パージする手段を作動させている。そして、これらパージ手段から排出される炭化水素系燃料ガスは、燃焼部１８に導いて燃焼させている。これらパージ手段から排出される炭化水素系燃料ガスは、燃焼部１８に供給されている燃料ガスとは別流路の供給であり、しかも圧力損失の高いアノード極もしくはカソード極を経由するために、昇圧して供給されている。この昇圧した少量の燃料ガスを、主流路の燃料ガスにさらに混合して燃焼させているので、燃焼部１８は、安定燃焼しつつも、燃焼排ガス流路１９に配置した可燃性ガスセンサ２０の空焼きに必要な濃度の可燃性ガスを短時間発生する。
【００３０】
アノード極１５の置換パージ手段は、図１に記載した様に、運転開始アノードパージ手段２３もしくは運転停止アノードパージ手段２４である。図１（ａ）は本発明の構成図、図１（ｂ）は運転開始アノードパージ手段２３の制御フローチャート、図１（ｃ）は運転停止アノードパージ手段２４の制御フローチャートである。
【００３１】
まず、発電開始前にアノード極をパージする運転開始アノードパージ手段２３について、図１（ａ）および（ｂ）で説明する。この手段２３は、燃料供給手段１１と燃料改質部１４の中間に配置した燃料供給弁２６と、アノード極１５と燃料改質部１４の間に配置した水素流路切替弁２７と、アノード極１５と燃焼部１８の間に配置した燃焼流路切替弁２８と、これら弁で接続されたガス配管および弁を作動させる制御シーケンスで構成される。まず、システム運転開始の操作ボタンが押されると、燃料供給手段１１と燃焼部１８の中間に配置した燃料流路切替弁２５が作動して、炭化水素系燃料ガスが流路Ｉを経由して燃焼部１８に流入して燃焼状態となる。また、燃焼排ガス流路１９に配置した可燃性ガスセンサ２０は、内蔵ヒータによってヒートアップされてガス検出可能状態となる。この様な運転開始直後に、運転開始アノードパージ手段２３が次の様に作動する。まず、燃料供給弁２６によって流路ＩＩのガス流路が開き、僅かに加熱された燃料改質部１４に炭化水素系燃料ガスが流入する。その後、水素流路切替弁２７が開いてガス流路が流路ＩＩＩに切り替わり、炭化水素系燃料ガスが燃料改質部１４を経由してアノード極１５に流入する。そして、燃焼流路切替弁２８が開いて、アノード極１５からの炭化水素系燃料ガスが燃焼部１８に導入され燃焼する。最後に、燃焼流路切替弁２８および水素流路切替弁２７を作動させて流路ＩＶのガス流れを形成し、炭化水素系燃料ガスをアノード極１５に封入して、運転開始アノードパージ手段２３の作動が終了する。
【００３２】
運転開始アノードパージ手段２３の作動が終了すると、燃料改質部１４を燃焼部１８が加熱して炭化水素系燃料ガスから水素系ガスを生成する改質反応が次の様に行なわれ、発電を開始する準備段階に入る。炭化水素系燃料ガスは、前述の手段２３によって、流路ＩＩから燃料改質部１４さらに流路ＩＶのガス流れを経由して燃焼部１８に流入して燃焼し、燃料改質部１４を加熱する。これとともに、水供給手段１２から水が燃料改質部１４に供給され、炭化水素系燃料ガスが燃料改質部１４において水素系ガスに改質される反応が徐々に行われ、時間とともに反応率が高まり生成する水素系ガスの量が多くなる。やがて、燃料電池１７の発電に必要な水素系ガスの量が確保され、しかもそれ以上となって量の余裕が生じると、流路Ｉを経由して燃焼部１８に流入する炭化水素系燃料ガスの量が減少し、やがて流路ＩＶ経由して燃焼部１８に流入する水素系ガスの量だけで、燃焼が行われて燃料改質部１４を加熱することが行われる。そして、燃料改質部１４から排出される流路ＩＶのガス流れに含まれる一酸化炭素の量が大幅に減少すると再び、水素流路切替弁２７と燃焼流路切替弁２８が開いてガス流路が流路ＩＩＩに切り替わり、水素系ガスがアノード極１５に流入して燃料電池１７の発電が行われる。また、燃料電池１７のアノード極１５で消費されない余剰の水素系ガスは、流路ＩＩＩを経由して燃焼部１８に流入して燃焼し、燃料改質部１４を加熱することに使用される。
【００３３】
次に、発電停止後にアノード極をパージする運転停止アノードパージ手段２４について、図１（ａ）および（ｃ）で説明する。この手段２４も、燃料供給手段１１と燃料改質部１４の中間に配置した燃料供給弁２６と、アノード極１５と燃料改質部１４の間に配置した水素流路切替弁２７と、アノード極１５と燃焼部１８の間に配置した燃焼流路切替弁２８と、これら弁で接続されたガス配管および弁を作動させる制御シーケンスで構成される。発電停止の操作ボタンが押されて、燃料改質部１４の温度が低下して水素系ガスへの転換がなくなるとともに発電が停止した後に、運転停止アノードパージ手段２４は次の様に作動する。なお、この手段２４の作動時は、燃焼部１８は炭化水素系燃料ガスが燃焼しており、可燃性ガスセンサ２０は内蔵ヒータによってヒートアップされてガス検出可能状態と既になっている。運転停止アノードパージ手段２４は、まず、水素流路切替弁２７を開いてガス流路を流路ＩＩＩに切り替え、炭化水素系燃料ガスが温度低下した燃料改質部１４を経由してアノード極１５に流入させる。そして、燃焼流路切替弁２８を開いて、アノード極１５からの炭化水素系燃料ガスが燃焼部１８に導入され燃焼させる。最後に、燃焼流路切替弁２８および水素流路切替弁２７をその後に閉めて流路ＩＶのガス流れを形成し、炭化水素系燃料ガスをアノード極１５に封入して、運転停止アノードパージ手段２４の作動が終了する。運転停止アノードパージ手段２４の作動が終了すると、燃料流路切替弁２５および燃料改質部１４を閉ざして炭化水素系燃料ガスの供給を停止して、燃焼部１８での燃焼も終了させ、燃料電池システムは運転を停止する。
【００３４】
なお、参考のため、発電停止の操作ボタンが押されてから、運転停止アノードパージ手段２４が作動するまでの制御フローを説明する。発電している時は、流路ＩＩから燃料改質部１４に流入した炭化水素系燃料ガスは、改質されて水素系ガスとなってアノード極１５に流入して燃料電池１７の発電に使用されている。また、燃料電池１７のアノード極１５で消費されない余剰の水素系ガスは、流路ＩＩＩを経由して燃焼部１８に流入して燃焼し、燃料改質部１４を加熱することに使用されている。発電停止の操作ボタンが押されると、流路ＩＩから燃料改質部１４に流入する炭化水素系燃料ガスの量が徐々に減少すると同時に、水供給手段１２から燃料改質部１４に供給され水の量が徐々に減少する。このことで、燃料電池１７のアノード極１５に供給される改質された水素系ガスの量が徐々に減少する。そして、発電電力が最小まで減少すると、燃焼流路切替弁２８および水素流路切替弁２７を閉めて流路ＩＶのガス流れを形成し、少量の炭化水素系燃料ガスが、流路ＩＩから燃料改質部１４さらに流路ＩＶのガス流れを経由して燃焼部１８に流入して燃焼する流れとなる。これらのガス流れに伴い、炭化水素系燃料ガスが燃料改質部１４において水素系ガスに改質される反応が時間とともに徐々に低下し、水素系ガスの量が少なくなる。燃料改質部１４の温度が低下して水素系ガスへの転換がなくなるとともに発電が停止した後に、運転停止アノードパージ手段２４が前述の作動し、やがて燃料電池システムは運転を停止する。
今度は、カソード極１６の置換パージ手段について説明する。このカソード極１６の置換パージ手段は、図２に記載した様に、運転開始カソードパージ手段２９もしくは運転停止カソードパージ手段３０である。図２（ａ）は本発明の構成図、図２（ｂ）は運転開始カソード手段２９の制御フローチャート、図２（ｃ）は運転停止カソードパージ手段３０の制御フローチャートである。
【００３５】
まず、運転開始時にカソード極１６をパージする運転開始カソードパージ手段２９について説明する。この手段２９は、燃料供給手段１１とカソード極１６の間に配置した空気流路切替弁３１と、カソード極１６と燃焼部１８の間に配置した排出流路切替弁３２と、これら弁で接続されたガス配管および弁を作動させる制御シーケンスで構成される。そして、運転開始の操作ボタンが押されて、燃料流路切替弁２５によって炭化水素系燃料ガスが流路Ｉを経由して燃焼部１８に流入して燃焼状態となり、可燃性ガスセンサ２０が内蔵ヒータによってヒートアップされてガス検出可能状態となっている運転開始直後に、手段２９は次の様に作動する。まず、空気流路切替弁３１によって流路Ｖのガス流路が開き、炭化水素系燃料ガスがカソード極１６に流入する。流路Ｖを経由した炭化水素系燃料ガスは、その後に排出流路切替弁３２が開くことで、カソード極１６から燃焼部１８に導入され燃焼する。最後に、空気流路切替弁３１および排出流路切替弁３２を閉めて炭化水素系燃料ガスをカソード極１６に封入して、運転開始カソードパージ手段２９の作動が終了する。
【００３６】
運転開始カソードパージ手段２８の作動が終了すると、燃料改質部１４を燃焼部１８が加熱して炭化水素系燃料ガスから水素系ガスを生成する改質反応が次の様に行なわれ、発電を開始する準備段階に入る。まず、炭化水素系燃料が、燃料改質部１４に流入した後、アノード極１５を経由しないガス流れで燃焼部１８に流入して燃焼し、燃料改質部１４を加熱する。これとともに、水供給手段１２から水が燃料改質部１４に供給され、炭化水素系燃料ガスが燃料改質部１４において水素系ガスに改質される反応が徐々に行われ、時間とともに反応率が高まり生成する水素系ガスの量が多くなる。やがて、燃料電池１７の発電に必要な水素系ガスの量が確保され、しかもそれ以上となって量の余裕が生じると、流路Ｉを経由して燃焼部１８に流入する炭化水素系燃料ガスの量が減少し、やがて燃料改質部１４を経由して燃焼部１８に流入する水素系ガスの量だけで、燃焼が行われて燃料改質部１４を加熱することが行われる。そして、燃料改質部１４から排出されるガス流れに含まれる一酸化炭素の量が大幅に減少すると、水素系ガスがアノード極１５に流入して燃料電池１７の発電が行われる。また、燃料電池１７のアノード極１５で消費されない余剰の水素系ガスは、燃焼部１８に流入して燃焼し、燃料改質部１４を加熱することに使用される。一方、空気流路切替弁３１および排出流路切替弁３２は、燃料電池１７の発電前に流路を流路ＶＩおよび流路ＶＩＩに切り替えて、酸素含有気体がカソード極１６に流入して外に排出する様にしている。
【００３７】
最後に、運転停止時にカソード極１６をパージする運転停止カソードパージ手段３０について説明する。この手段３０は、燃料供給手段１１とカソード極１６の間に配置した空気流路切替弁３１と、カソード極１６と燃焼部１８の間に配置した排出流路切替弁３２と、これら弁で接続されたガス配管および弁を作動させる制御シーケンスで構成される。発電停止の操作ボタンが押されて、燃料改質部１４の温度が低下して水素系ガスへの転換がなくなるとともに発電が停止した後に、運転停止カソードパージ手段３０は次の様に作動する。なお、この手段３０の作動時は、燃焼部１８は燃焼しており、可燃性ガスセンサ２０は内蔵ヒータによってヒートアップされてガス検出可能状態と既になっている。そしてまず、空気流路切替弁３１によって流路Ｖのガス流路が開き、炭化水素系燃料ガスがカソード極１６に流入する。流路Ｖを経由した炭化水素系燃料ガスは、その後に排出流路切替弁３２が開くことで、カソード極１６から燃焼部１８に導入され燃焼する。最後に、空気流路切替弁３１および排出流路切替弁３２を閉めて、炭化水素系燃料ガスをカソード極１６に封入し、運転停止カソードパージ手段２８の作動が終了する。運転停止カソードパージ手段３０の作動が終了すると、燃焼部１８は燃焼を終了させ、燃料電池システムは運転を停止する。
【００３８】
なお、参考のため、発電停止の操作ボタンが押されてから、運転停止カソードパージ手段３０が作動するまでの制御フローを説明する。
【００３９】
発電している時は、燃料改質部１４に流入した炭化水素系燃料ガスは、改質されて水素系ガスとなってアノード極１５に流入して燃料電池１７の発電に使用されている。また、燃料電池１７のアノード極１５で消費されない余剰の水素系ガスは、燃焼部１８に流入して燃焼し、燃料改質部１４を加熱することに使用されている。発電停止の操作ボタンが押されると、燃料改質部１４に流入する炭化水素系燃料ガスの量が徐々に減少すると同時に、水供給手段１２から燃料改質部１４に供給され水の量が徐々に減少する。このことで、燃料電池１７のアノード極１５に供給される改質された水素系ガスの量が徐々に減少する。そして、発電電力が最小まで減少すると、少量の炭化水素系燃料ガスが、燃料改質部１４を経由して燃焼部１８に流入して燃焼する流れとなる。これらのガス流れに伴い、炭化水素系燃料ガスが燃料改質部１４において水素系ガスに改質される反応が時間とともに徐々に低下し、水素系ガスの量が少なくなる。やがて、燃料改質部１４の温度が低下して水素系ガスへの転換がなくなると、運転停止カソードパージ手段３０が前述の様に作動する。
【００４０】
本発明は、発電開始前の炭化水素系燃料ガスを燃焼させた状態、もしくは、発電終了後の炭化水素系燃料ガスや水素系ガスを燃焼させた状態である時に、これらガスとは別流路の供給でありアノード極１５もしくはカソード極１６を経由した少量の炭化水素系燃料ガスを、さらに混合して燃焼させている。発電開始前や発電終了後の安定燃焼が行なわれている時に、これら燃料ガスとは別流路の供給であり、しかも圧力損失の高いアノード極１５もしくはカソード極１６を経由するために、昇圧した少量の炭化水素系燃料ガスをさらに混合して燃焼させているので、燃焼部１８は、安定燃焼しつつも、空焼きに必要な濃度の可燃性ガスを短時間発生する。このため、可燃性ガスセンサ２０は簡単に定期的リフレッシュができるともに、燃料電池システムはその燃焼部が失火することなく、正常に発電開始やシステム停止が行なわれる。さらに加えて、燃焼部１８が燃料改質部１４を加熱しているのでその輻射熱の影響を受けて、炭化水素系燃料ガスを多く燃焼させる程、燃焼排ガス温度が上昇する特性が得られる。そのため、燃焼排ガス中に配置された可燃性ガスセンサ２０は、その表面温度を高く維持できこのことで、表面に付着した油煙などを高温で焼き切って除去してセンサの感度維持がはかれ、所謂ねむ現象と言う検出ミスを防止する利点が生じる。また、アノード極１５やカソード極１６を、炭化水素系燃料ガスを用いて流路滞留ガスを置換パージしているので、これら材料や通路に付着した水や空気などの不純物を効率よく除去し、各々の電極の活性を高める利点も生じる。さらに、可燃性ガスセンサ２０は、外に排出された可燃性ガスを検出して、センサ出力の変化が有るか否かで自己診断することに利用することも可能となった。
【００４１】
実施の形態１では、アノード極１５への炭化水素系燃料ガスの供給は、燃料改質部１４の内部を経由して行っているが、燃料改質部１４の内部を経由せずに直接にアノード極１５に供給する構成としても良い。また、アノード極１５やカソード極１６への炭化水素系燃料ガス供給のタイミングも、燃料改質部１４の温度や水素系ガスの生成量に左右されるものではなく、発電開始前もしくは発電終了後なら、いつでも供給可能である。さらに、予め燃焼部１８で燃焼させる炭化水素系燃料ガスは、流路Ｉや流路ＩＩを経由させる必要はなく、必要に応じて任意にその流路を選定して良い。また、各種弁を多数使用しているが、これら弁は実施の形態１で使用した種類や数さらに配置場所に関わらず、必要に応じて任意に種類や数さらに配置場所を選定して良い。
【００４２】
なお、参考のため従来技術の様に、燃焼部１８に供給される空気量の増減や燃料供給量の増減で、燃焼排ガス中のハイドロカーボンやＣＯの量を増加させて、排出される可燃性ガスと可燃性ガスセンサ２０を反応させその表面温度を上昇させて空焼きすることを試みたが、燃焼が不安定でたちまち失火して火が消える問題が起こった。それと同時に、数％の高濃度ハイドロカーボンやＣＯが発生して、適正検知領域（０．０５〜１％）から外れてしまって、その表面温度が高温になりすぎてセンサが部分的に熱破壊する問題が起こった。これらのことより、アノード極１５もしくはカソード極１６を経由した少量の昇圧した炭化水素系燃料ガスを別流路でさらに供給して燃焼させる本発明は、安定して燃焼しつつも可燃性ガスセンサ２０の空焼きに必要な濃度の可燃性ガスを短時間発生する利点が有ることがわかる。
【００４３】
（実施の形態２）
実施の形態２は、発電開始前に、燃焼部１８に予め炭化水素系燃料ガスを直接に供給して燃焼させて燃料改質部１４を予備加熱しておいてから、運転開始カソードパージ手段２３が作動して、炭化水素系燃料ガスを燃料改質部１４の内部を経由して燃料電池のアノード極１５に流入させ燃焼部で燃焼させるものである。
【００４４】
この運転開始カソードパージ手段２３は、図３に記載した通リであり、図３（ａ）は構成図、図３（ｂ）の左記載分はその制御フローチャートである。運転開始の操作ボタンが押されると、燃料流路切替弁２５によって炭化水素系燃料ガスが流路Ｉを経由して燃焼部１８に直接に流入して燃焼状態となる。一方、燃焼排ガス流路１９に配置した可燃性ガスセンサ２０が内蔵ヒータによってヒートアップされてガス検出可能状態となる。運転開始直後のこの様な状態において、例えば所定時間が経過するなどの燃料改質部１４の予備加熱に関する予め記憶させておいた信号を受けると、運転開始カソードパージ手段２３が次の様に作動する。まず、燃料供給弁２６によって流路ＩＩのガス流路が開き、炭化水素系燃料ガスが予備加熱された燃料改質部１４に流入する。その後、水素流路切替弁２７が開いてガス流路が流路ＩＩＩに切り替わり、炭化水素系燃料ガスが燃料改質部１４を経由してアノード極１５に流入する。そして、燃焼流路切替弁２８が開いて、アノード極１５からの炭化水素系燃料ガスが燃焼部１８に導入され燃焼する。最後に、燃焼流路切替弁２８および水素流路切替弁２７をその後に閉めて流路ＩＶのガス流れを形成し、炭化水素系燃料ガスをアノード極１５に封入して、運転開始アノードパージ手段２３の作動が終了する。なお、運転開始アノードパージ手段２３の作動が終了してから、燃料電池１７の発電が行われるまでの準備動作は、実施の形態１に記載した通りであり、燃料改質部１４において水素系ガスを生成する動作が開始される。
【００４５】
実施の形態２は、燃焼部１８が、最初は直接に炭化水素系燃料ガスが供給されて燃焼し、この燃焼熱により燃料改質部１４を予備加熱されている。そして例えば、所定時間の経過、燃料改質部１４の温度が所定温度を超える、燃焼部１８に配置した燃焼検知センサが燃焼を検知するなどの、予め記憶させておいた信号の受信を待っている。そして、信号を受けると、燃料改質部１４やアノード極１５を経由してパージされた炭化水素系燃料ガスがさらに加わって供給されて燃焼する。このため、温度が高められた炭化水素系燃料ガスが燃焼部１８に導入されその燃焼性が向上する。一方、パージされた炭化水素系燃料ガスのさらなる供給により、燃焼部１８は安定燃焼しつつも一時的に一酸化炭素が発生するが、可燃性ガスセンサ２０はこのことで簡単に定期的リフレッシュができる。さらに加えて、燃料電池システムは、燃焼部が失火することなく正常に発電開始が行なわれ、ガス安全性がさらに向上する。
【００４６】
（実施の形態３）
実施の形態３は、運転開始アノードパージ手段２３の作動終了後に、炭化水素系燃料ガスを燃料改質部１４の内部に流入させ、通過ガスを燃焼部１８に導いて燃焼させた燃焼熱で燃料改質部１４を加熱する構成としている。図３（ｂ）の右上記載分は、この運転開始カソードパージ手段２３の制御フローチャートである。
【００４７】
運転開始アノードパージ手段２３は、燃焼流路切替弁２８および水素流路切替弁２７を閉めて流路ＩＶのガス流れを形成し、炭化水素系燃料ガスをアノード極１５に封入して、その作動を既に終了している。その後はまず最初のステップとして、流路ＩＩを経由して炭化水素系燃料ガスを燃料改質部１４の内部に流入させ、通過した炭化水素系燃料ガスを流路ＩＶのガス流れを経由して燃焼部１８に流入して燃焼させ、その燃焼熱で燃料改質部１４をさらに加熱する。次のステップでは、燃料改質部１４からの温度に関する信号1)を受けて、水供給手段１２から水を燃料改質部１４に供給し、炭化水素系燃料ガスが燃料改質部１４において水素系ガスに改質される反応を徐々に行わせ、時間とともに反応率が高まって生成する水素系ガスの量を多くする。流路ＩＶのガス流れの水素系ガスを燃焼部１８で燃焼させて燃料改質部１４の温度をさらに高くすると、燃料電池１７の発電に必要な水素系ガスの量が確保され、しかもそれ以上となって量の余裕が生じる。そこで、燃料改質部１４からの温度に関する信号2)を受けると、流路Ｉを経由して燃焼部１８に流入する炭化水素系燃料ガスの量が徐々に減少されてやがて供給停止とし、流路ＩＶ経由して燃焼部１８に流入する水素系ガスの量だけで、燃焼が行われて燃料改質部１４を加熱することを行う。その後、燃料改質部１４から排出される流路ＩＶのガス流れに含まれる一酸化炭素の量が大幅に減少すると再び、水素流路切替弁２７と燃焼流路切替弁２８が開いてガス流路が流路ＩＩＩに切り替わり、水素系ガスがアノード極１５に流入して燃料電池１７の発電が行われる。また、燃料電池１７のアノード極１５で消費されない余剰の水素系ガスは、流路ＩＩＩを経由して燃焼部１８に流入して燃焼し、燃料改質部１４を加熱することに使用される。
【００４８】
実施の形態３は、炭化水素系燃料ガスがその内部空間を流入している高温の燃料改質部１４をその外側から燃焼部１８が加熱しているので、その輻射熱の影響を受けて、燃焼排ガス温度が上昇する特性が得られる。そのため、燃焼排ガス中に配置された可燃性ガスセンサ２０は、その表面温度を高く維持できこのことで、表面に付着した油煙などを高温で焼き切って除去してセンサの感度維持がはかれ、所謂ねむ現象と言う検出ミスを防止する利点が生じる。
【００４９】
（実施の形態４）
実施の形態４は、運転開始アノードパージ手段２３の作動終了後に、水供給手段１２から供給される理論量より過剰の水と、燃料供給手段１１から供給させる炭化水素系燃料ガスとで燃料改質部１４において水素系ガスを生成する反応を行なわせ、通過ガスを燃焼部１８に導いて燃焼させた燃焼熱で燃料改質部１４を加熱する構成としている。図３（ｂ）の右上記載分は、この運転開始カソードパージ手段２３の制御フローチャートであり、理論量より過剰の水を燃料改質部１４に供給されて水素系ガスを生成する反応を行なわせること以外は、実施の形態３と同じである。
【００５０】
実施の形態４は、理論量より２〜４倍という過剰の水を供給して水素系ガスを生成する反応を行なわせたので、通常より水分を多く含む燃焼排ガスが得られる。そのため、発電準備段階や発電段階で排出される燃焼排ガス中の過剰水分により、可燃性ガスセンサ２０に付着する油煙などの有機物が柔らかくなる効果が生じる。そして、次回の運転開始時に行なわれる運転運転開始アノードパージ手段２３などによる空焼き実施で、可燃性ガスセンサ２０は一層簡単に定期的リフレッシュができる。さらに加えて、炭化水素系燃料ガスがその内部空間を流入している高温の燃料改質部１４をその外側から燃焼部１８が加熱しているので、その輻射熱の影響を受けて、燃焼排ガス温度が上昇する特性が得られる。そのため、燃焼排ガス中に配置された可燃性ガスセンサ２０は、その表面温度を高く維持できこのことで、表面に付着した油煙などを高温で焼き切って除去してセンサの感度維持がはかれ、所謂ねむ現象と言う検出ミスを防止する利点が生じる。
【００５１】
（実施の形態５）
実施の形態５は、燃料改質部１４と燃料電池１７のアノード極１５の間に、水素系ガスに含有する一酸化炭素を酸化して低減する浄化触媒３３を少なくともさらに１個配置した構成であり、運転開始アノードパージ手段２３の作動終了後であり、燃料改質部１４および浄化触媒３３が安定して化学反応が行なえる温度に到達してから、浄化触媒３３を通過した水素系ガスを燃料電池１７のアノード極１５に供給するとともに、その未使用水素系ガスを燃焼部１８に供給して燃焼させ、その燃焼熱で燃料改質部１４を加熱するとしたものである。
【００５２】
図３（ａ）はその構成図、図３（ｂ）の右下記載分はその制御フローチャートである。運転開始アノードパージ手段２３の作動が終了し、その後の発電準備の作動が終了すると、水素系ガスは燃料電池１７の発電に必要な量以上となり、流路ＩＶ経由して燃焼部１８に流入する水素系ガスの量だけで、燃焼が行われてその燃焼熱で燃料改質部１４を加熱することが行われる。燃料改質部１４が所定温度Ｔ１以上であり、浄化触媒３３が所定温度Ｔ２以上と、安定して化学反応が行なえる温度に到達すると、水素流路切替弁２７が流路ＩＩＩを開いてアノード極１５に水素系ガスを流入し、さらに燃焼流路切替弁２８が流路ＩＩＩを開いて、流路ＩＩＩを経由して未使用水素系ガスを燃焼部１８で燃焼させる。こうして、燃料電池１７は発電が始まる。この様に、浄化触媒３３を通過した水素系ガスを燃焼部１８に供給しているため、一酸化炭素が低減された水素系ガスが燃焼部１８に排出される。このため、燃焼部１８は一酸化炭素を生成することなく燃焼し、ガス安全性がさらに向上した燃料電池システムが得られる。また、この燃焼段階では一酸化炭素が発生しない様に安定燃焼できるため、可燃性ガスセンサは、この安定燃料段階とその前段初期の運転開始アノードパージ手段２３におけるセンサ出力の大小でセンサの自己診断を確実に行なうことが可能となる。
【００５３】
（実施の形態６）
実施の形態６は、燃料電池のアノード極の内部に水素系ガスを予め封入する予備水素パージ手段の後に、運転停止アノードパージ手段２４が作動するとしたものである。
【００５４】
図４（ａ）は構成図であり、図４（ｂ）の左上部記載分は制御フローチャートである。発電停止の操作ボタンが押されると、燃料改質部１４に供給される炭化水素系燃料ガスの量が徐々に低減し、これにともない燃焼部１８で燃焼する水素系ガスの量も徐々に低減するため、燃料改質部１４の温度が徐々に低下してくる。また同時に、燃料電池１７のアノード極１５に供給される改質された水素系ガスの量が徐々に減少するため、発電電力も徐々に減少する。そして、所定時間の経過や燃料改質部１４の温度が所定温度Ｔ３を下回るなどの予め記憶させておいた信号を受けると、予備水素パージ手段が作動して、水素流路切替弁２７および燃焼流路切替弁２８が作動して流路ＩＶのガス流れを形成し、水素系ガスをアノード極１５に封入する。
【００５５】
この予備水素パージ手段の作動で発電は停止しその後に、運転停止アノードパージ手段２４が作動して燃料電池システムは運転を停止する。この制御フローを参考のために説明する。燃焼部１８は、流路Ｉもしくは流路ＩＶから供給される炭化水素系燃料ガスが燃焼した状態となっている。そして燃料改質部１４の温度がさらに低下すると、運転停止アノードパージ手段２４が作動して、水素流路切替弁２７が開いてガス流路が流路ＩＩＩに切り替わり、炭化水素系燃料ガスが温度低下した燃料改質部１４を経由してアノード極１５に流入する。そして、燃焼流路切替弁２８が開いて、アノード極１５からの炭化水素系燃料ガスが燃焼部１８に導入され燃焼する。最後に、燃焼流路切替弁２８および水素流路切替弁２７をその後に閉めて流路ＩＶのガス流れを形成し、炭化水素系燃料ガスをアノード極１５に封入して、運転停止アノードパージ手段２４の作動が終了する。運転停止アノードパージ手段２４の作動が終了すると、燃料流路切替弁２５および燃料供給弁２６を閉ざして炭化水素系燃料ガスの供給を停止して燃焼部１８での燃焼を終了させ、燃料電池システムは運転を停止する。
【００５６】
封入する際に外に排出された水素系ガスとその後の炭化水素系燃料ガスは、可燃性ガスセンサ２０との相乗効果槽により効果的に反応してその燃焼熱で、表面に付着した水分や油煙などを効果的に焼き切って除去してセンサの感度維持を一層助け、所謂ねむ現象と言う検出ミスを防止する作用が生じる。そのため、可燃性ガスセンサ２０は、燃料電池システム運転中の万が一アクシデントで排出される可燃性ガスを、検出ミスすることなくいつでも一層短時間に検知して警報などでこのことを知らせることが出来る。また、アノード極１５に水素ガスを封入しその後に炭化水素系燃料ガスを用いて流路滞留ガスを置換パージしているので、電極材料や通路に付着した水や空気などの不純物を効率よく除去し、各々の電極の活性を一層高める利点も生じる。
【００５７】
（実施の形態７）
実施の形態７は、燃料電池１７のアノード極１５の内部に水素系ガスを封入した後、燃料改質部１４に水供給手段１２から水だけを供給して発生する水蒸気によりその流路滞留ガスをパージする予備水蒸気パージ手段の後に、運転停止アノードパージ手段２４が作動するものである。
【００５８】
図４（ａ）は構成図であり、図４（ｂ）の中央下記載分は制御フローチャートである。発電停止の操作ボタンが押されると、アノード極１５に供給される改質された水素系ガスの量が徐々に減少して発電電力も徐々に減少し、やがて前述の予備水素パージ手段が作動して、燃焼流路切替弁２８および水素流路切替弁２７を閉めて流路ＩＶのガス流れを形成し、水素系ガスをアノード極１５に封入する。この予備水素パージ手段の実施で発電は停止するが次は、燃料改質部１４に水供給手段１２から水だけを供給して、発生する水蒸気によりその流路滞留ガスをパージする予備水蒸気パージ手段が作動する。そして、燃焼ファンでの冷却などで燃料改質部１４の温度がさらにＴ４以下まで低下すると、燃料改質部１４への水供給が停止して、予備水蒸気パージ手段が終了する。一方、燃焼部１８は、流路Ｉもしくは流路ＩＶから供給される炭化水素系燃料ガスが燃焼した状態となっている。その後、運転停止アノードパージ手段２４が作動して燃料電池システムは運転を停止する。
【００５９】
水蒸気によりその流路滞留ガスをパージする予備水蒸気パージ手段を設けたので、通常より水分を多く含む燃焼排ガスが得られる。そのため、燃焼排ガス中の過剰水分により、可燃性ガスセンサ２０に付着する油煙などの有機物が柔らかくなる効果が生じる。そして、次回の運転開始時に行なわれる運転運転開始アノードパージ手段２３などによる空焼き実施で、可燃性ガスセンサ２０は一層簡単に定期的リフレッシュができる。また、燃料改質部１８およびその流路に滞留してガスを水蒸気でパージしているので、これら流路に不必要に滞留する水素や炭化水素系燃料ガスの量を低減でき、ガス安全性がさらに向上した燃料電池システムが得られる。
【００６０】
（実施の形態８）
実施の形態８は、運転停止アノードパージ手段２４が、燃料改質部１４および燃料電池のアノード極１５に炭化水素系燃料ガスを封入した後に、システム運転が停止するものである。
【００６１】
図４（ａ）は構成図、図４（ｂ）の右記載分はその制御フローチャートである。発電停止の操作ボタンが押されて、予備水素パージ手段および予備水蒸気パージ手段が作動した後に、運転停止アノードパージ手段２４が作動する。燃焼部１８は、流路Ｉもしくは流路ＩＶから供給される炭化水素系燃料ガスが燃焼した状態となっている。そして、燃料供給弁２６の作動で流路ＩＩを経由して燃料改質部１４に流入した炭化水素系燃料ガスは、水素流路切替弁２７が開いて形成された流路ＩＩＩを経由して、アノード極１５に流入する。そして、燃焼流路切替弁２８が開いて、アノード極１５からの炭化水素系燃料ガスが燃焼部１８に導入され燃焼する。最後に、燃焼流路切替弁２８および水素流路切替弁２７を作動させて流路ＩＶのガス流れを形成し、炭化水素系燃料ガスをアノード極１５に封入する。その後、燃料供給弁２６と水素流路切替弁２７を閉塞させて燃料改質部１４に炭化水素系燃料ガスを封入する。最後に、燃料流路切替弁２５を閉塞させて、燃焼部１８での燃焼も終了させ、運転停止アノードパージ手段２４の作動が終了する。これで、燃料電池システムは運転を停止する。
【００６２】
この様に、燃料改質部１４および燃料電池１７のアノード極１５に炭化水素系燃料ガスを封入して運転が停止するので、これら流路に必要最低限量の炭化水素系燃料ガスを滞留でき、ガス安全性がさらに向上した燃料電池システムが得られる。また、炭化水素系燃料ガスの封入により、運転停止した後の長時間放置でも、燃料改質部１４および燃料電池１７のアノード極１５が空気酸化されることがなく、高い材料活性を長時間維持できる。
【００６３】
（実施の形態９）
実施の形態９は、実施の形態１と概略同じであるが、燃焼部１８を燃焼させて燃料改質部１４を予備加熱した後に、運転開始カソードパージ手段２９が作動するものである。
図２（ａ）は、その構成図である。運転開始の操作ボタンが押されると、流路Ｉや流路ＩＩＩさらに流路ＩＶを経由して炭化水素系燃料ガスや水素系ガスが流入して、燃焼部１８は燃焼状態となる。一方、燃焼排ガス流路１９に配置した可燃性ガスセンサ２０は、内蔵ヒータによってヒートアップされてガス検出可能状態となっている。運転開始直後のこの様な状態において、例えば所定時間が経過するなど、燃料改質部１４の予備加熱に関する予め記憶させておいた信号を受けると、運転開始カソードパージ手段２９は次の様に作動する。まず、空気流路切替弁３１によって流路Ｖのガス流路が開き、炭化水素系燃料ガスがカソード極１６に流入する。流路Ｖを経由した炭化水素系燃料ガスは、その後に排出流路切替弁３２が開くことで、カソード極１６から燃焼部１８に導入され燃焼する。最後に、空気流路切替弁３１および排出流路切替弁３２を閉めて炭化水素系燃料ガスをカソード極１６に封入して、運転開始カソードパージ手段２９の作動が終了する。運転開始カソードパージ手段２９の作動が終了すると、その後は発電準備段階さらには発電段階に入る。
【００６４】
実施の形態９は、燃焼部１８が最初は燃焼し、この燃焼熱により燃料改質部１４を予備加熱されている。そして例えば、所定時間の経過、燃料改質部１４の温度が所定温度を超える、燃焼部１８に配置した燃焼検知センサが燃焼を検知するなどの、燃料改質部１４の温度に関する予め記憶させておいた信号を受けると、運転開始カソードパージ手段２９が作動する様にしている。そして、カソード極１６を経由したパージされた炭化水素系燃料ガスがさらに加わって供給されて燃焼する。パージされた炭化水素系燃料ガスのさらなる供給により、燃焼部１８は安定燃焼しつつも一時的に一酸化炭素が発生するが、可燃性ガスセンサは簡単に定期的リフレッシュができる。さらに加えて、燃料電池システムは、燃焼部が失火することなく正常に発電開始が行なわれ、ガス安全性がさらに向上する。
【００６５】
（実施の形態１０）
実施の形態１０は、実施の形態１と概略同じであるが、運転停止カソードパージ手段３０を終了後に、システム運転が停止するものであり、図２（ａ）は、その構成図である。発電停止の操作ボタンが押されて、実施の形態６に記載した様に燃料電池１７のアノード極１５の内部に水素系ガスを封入することや、実施の形態７に記載した様に燃料改質部１４に水供給手段１２から水だけを供給して発生する水蒸気によりその流路滞留ガスをパージする予備水蒸気パージを行なうことなどの後に、運転停止カソードパージ手段３０が作動する。そして、空気流路切替弁３１および排出流路切替弁３２を閉めて、炭化水素系燃料ガスをカソード極１６に封入する。最後に、燃料流路切替弁２５を閉ざして炭化水素系燃料ガスの供給を停止して燃焼部１８での燃焼も終了させ、運転停止カソードパージ手段３０の作動が終了する。これで、燃料電池システムは運転を停止する。
【００６６】
封入する際に外に排出された少量の炭化水素系燃料ガスは、可燃性ガスセンサ２０と反応してその反応表面に付着した空気中の各種有機化合物などを効果的に除去してその活性化を助ける働きが有る。この炭化水素系燃料ガスの外への排出を、運転停止する前に行っているため、所謂ねむと言う検出ミスが防止されて、可燃性ガスセンサ２０は、万が一のアクシデントで燃料電池システムから排出される炭化水素系燃料ガスを一層短時間に検知して、警報などでこのことを瞬時に知らせることが出来る。また、炭化水素系燃料ガスの封入により、運転停止した後の長時間放置でも、燃料改質部１４および燃料電池のカソード極１６が空気酸化されることがなく、高い材料活性を長時間維持できる。
【００６７】
（実施の形態１１）
実施の形態１１は、可燃性ガス検出判断センサユニットが判断を行う制御流れを検討したものである。図５（ａ）はその構成図、図５（ｂ）はこれに用いる可燃性ガス検出判断センサユニットの特性図、図５（ｃ）はその制御流れである。
【００６８】
可燃性ガスセンサ２０ついて説明する。このセンサは、白金触媒などをアルミナ系の担体に担持させた感応体を付着させた白金線を組み合わせて用いる接触燃焼式ガスセンサ、酸化錫と白金線を組み合わせて用いる熱線半導体式ガスセンサ、白金電極を形成したジルコニアなどの固体電解質板を用いる固体電解質式ガスセンサである。これらガスセンサ２０は、２５０℃以上に加熱されており、炭化水素系燃料ガスまたは水素系ガスを検知すると、センサ出力が変化する性質がある。可燃性ガスセンサ２０のガス濃度とセンサ出力の関係を、図１（ｂ）に示す。初期におけるガス濃度とセンサ出力の関係より、問題と設定したガス濃度に対応するセンサ出力値を閾値（Ａ）と設定した。一方、長期間使用におけるガス濃度とセンサ出力の関係より、ガス濃度ゼロ対応の下限センサ出力値（α）を閾値（Ｂ）と設定した。
【００６９】
可燃性ガス検出判断センサユニット２２が、これらの判断を行う制御流れを図７（ｃ）に示す。運転開始スイッチが入ると、プログラムがスタートして燃料電池システムの電源がＯＮとなり、運転開始モードが実行される。可燃性ガスセンサ２０も同時に作動し、センサ出力が安定する時間（ｔ）が経過するまで、センサ出力の検出は控えられる。センサが安定する時間（ｔ）が経過すると、センサ出力と閾値（Ａ）の比較を行い、センサ出力が閾値（Ａ）より小さいと次は、センサ出力と閾値（Ｂ）の比較を行い、センサ出力が閾値（Ｂ）より大きいと、運転停止するまでこの様な、センサ出力と閾値（Ａ）および閾値（Ｂ）の比較が繰り返される。一方、センサ出力が閾値（Ａ）より大きい時または、センサ出力が閾値（Ｂ）より小さい時は、警報が発生し、システムの運転を停止する運転停止モードが実行される。また、運転停止スイッチの入力信号が有ると、システムの運転を停止する運転停止モードが実行され、やがて、運転停止が可能と判断されて停止する。
【００７０】
このことより、センサ出力が、閾値（Ａ）と閾値（Ｂ）の領域内に有れば問題なしと判断できることができる。一方、センサ出力が閾値（Ａ）より大きければ、炭化水素系燃料ガスまたは水素系ガスが多量に存在するため問題と判断できることができる。また、センサ出力が閾値（Ｂ）より小さければ、可燃性ガスセンサ２０が故障等の異常状態になっていると判断できることができる。
【００７１】
（実施形態１２）
実施形態１２は、接触燃焼式ガスセンサについて閾値（Ｂ）を検討したものである。接触燃焼式ガスセンサは、白金線などの金属製抵抗線をアルミナや酸化スズなどの多孔質担体で外包した一組の抵抗素子でブリッジ回路を組み、白金触媒などの貴金属触媒を担持させた多孔質担体の方を検知素子とし、貴金属触媒が担持させていない他方を比較素子とした構成である。両方の抵抗素子は、電圧印加によりその用途に応じて２００〜５００℃といった所定動作温度に加熱されており、炭化水素系燃料ガスや水素ガスさらに一酸化炭素ガスと反応して温度上昇する。この温度上昇は、ブリッジ回路にすることでセンサ出力として活用されており、これがガス濃度に比例する性質が有る。この方式の可燃性ガスセンサ２０のガス濃度とセンサ出力の関係を図６（ａ）に、初期ガス感度Ｓと長期間使用後ゼロ点変動Ｖとの関係を図６（ｂ）に示す。
【００７２】
接触燃焼式の可燃性ガスセンサ２０は、図６（ａ）の様に、ガス濃度とセンサ出力が直線関係に有り、長期間使用すると初期とは異なる関係式となる。そこで、問題ガス濃度と設定した初期ガス感度をＳ、初期ゼロ点出力をＥ、長期間使用後のゼロ点変動をＶとして、長期間使用後ゼロ点変動Ｖと初期ガス感度Ｓの比率（Ｖ／Ｓ）について、３３個のセンサ挙動を解析したところ、図６（ｂ）の関係が得られた。横軸は、長期間使用後ゼロ点変動Ｖと初期ガス感度Ｓの比率（Ｖ／Ｓ）であり、縦軸はその個数である。比率（Ｖ／Ｓ）が負側に有ることは、長期間使用後のゼロ点が負側にシフトして、問題ガス濃度が初期より少し高濃度側にシフトして遅検知になることを意味する。一方、比率（Ｖ／Ｓ）が正側に有ることは、長期間使用後のゼロ点が正側にシフトして、問題ガス濃度が初期より少し低濃度側にシフトして早検知になることを意味する。比率（Ｖ／Ｓ）のシフト幅は、接触燃焼式の可燃性ガスセンサ２０の材料や製法に大きく依存しており、この変動が小さいセンサほど優れたセンサである。この実験結果は、使用初期における水素０．３％センサ出力とゼロ点（大気中）センサ出力の差を初期ガス感度Ｓとして用い、材料や製法が異なる３３個の接触燃焼式ガスセンサを用いて算出している。対象ガスとして水素ガスを用いた理由は、燃料電池は水素ガスを用いて発電を行うので、最もガス検出が必要とされるガスであるからであり、その０．３％は爆発下限限界４％の領域内に有りしかもガス漏れ警報器などで実用的に多く用いられる濃度である。
【００７３】
さて、可燃性ガスセンサ２０を使用する上で、ゼロ点（大気中）出力が負側にシフトし問題ガス濃度が初期より少し高濃度側にシフトして遅検知になることは、誤測定の原因となる。そのためには、これが起こっているか否かを診断して誤測定が起こらない様にする必要が有る。そこで、この自己診断を大気中で簡単に行うために、比率（Ｖ／Ｓ）が負側に０．５０〜０．０８倍変動する実験結果を採用し、閾値（Ｂ）はＥ−（０．５０〜０．０８）×Ｓとした。つまり、比率（Ｖ／Ｓ）が負側に０．５０〜０．０８倍変動する実験結果に、初期ガス感度Ｓを乗ずれが、誤測定となる遅検知の発生原因である長期間使用後ゼロ点変動Ｖが判明する訳である。そして、初期ゼロ点出力Ｅから、この長期間使用後ゼロ点変動Ｖを引けば、閾値（Ｂ）となる訳である。この閾値（Ｂ）は、長期間の使用におけるガス濃度ゼロ対応の下限センサ出力値（α）と同じである。従って、閾値（Ｂ）は、Ｅ−（０．５０〜０．０８）×Ｓの最適値を選定すれば良いこととなり、使用する可燃性ガスセンサ２０の初期ガス感度Ｓおよび初期ゼロ点出力Ｅの値と、０．５０〜０．０８の任意値を用いればその値を決めることが出来る。例えば、水素３０００ｐｐｍの初期ガス感度Ｓが２４ｍｖ、初期ゼロ点出力Ｅが３０ｍｖのセンサの場合、閾値（Ｂ）は１８．０〜２８．１ｍｖの任意値を選定すれば良いこととなる。例えば、実験結果においてその中心を占める比率（Ｖ／Ｓ）の−０．３を用いると、閾値（Ｂ）は２３ｍｖとなる。こうすると、極めて稀に起こる比率（Ｖ／Ｓ）の負側最大−０．５０に対応するゼロ点負側最大変動Ｖは、３２ｍＶ×０．５＝１２ｍＶとなり、これに相当するゼロ点出力値（α）：３０−１２＝１８ｍＶが簡単に検出できる利点が有る。
【００７４】
この様に、接蝕燃焼式ガスセンサを使用する際の閾値（Ｂ）を、問題有りの初期ガス感度Ｓと、初期ゼロ点出力Ｅとの関係で整理してその具体的値を明示しているため、大気中での自己診断の精度が向上し、一層安全性の高い燃料電池システムが得られる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明の燃料電池システムは、定置式や移動式の燃料電池システムにおける燃焼安全対策として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１における燃料電池システムのアノード極の置換パージ手段の構成図（ｂ）同システムの運転開始アノードパージ手段の制御フローチャート（ｃ）同システムの運転停止アノードパージ手段の制御フローチャート
【図２】（ａ）本発明の実施の形態１、９、１０における燃料電池システムのカソード極の置換パージ手段の構成図（ｂ）同システムの運転開始カソードパージ手段の制御フローチャート（ｃ）同システムの運転停止カソードパージ手段の制御フローチャート
【図３】（ａ）本発明の実施の形態２〜５における燃料電池システムの運転開始アノードパージ手段の構成図（ｂ）同システムの運転開始アノードパージ手段の制御フローチャート
【図４】（ａ）本発明の実施の形態６〜８における燃料電池システムの運転停止アノードパージ手段の構成図（ｂ）同システムの運転停止アノードパージ手段の制御フローチャート
【図５】（ａ）本発明の実施の形態１１における燃料電池システムの構成図（ｂ）同システムの可燃性ガス検出判断センサユニットの特性図（ｃ）同システムの制御フローチャート
【図６】（ａ）本発明の実施の形態１２おける接触燃焼式ガスセンサの効果特性を示すガス濃度とセンサ出力の関係図（ｂ）同センサの初期ガス感度Ｓと長期間使用後ゼロ点変動Ｖとの関係図
【図７】従来の燃料電池装置の構成図
【符号の説明】
【００７７】
１１  燃料供給手段
１２  水供給手段
１３  酸素含有気体供給手段
１４  燃料改質部
１５  アノード極
１６  カソード極
１７  燃料電池
１８  燃焼部
１９  燃焼排ガス流路
２０  可燃性ガスセンサ
２１  ガス検出判断回路
２２  可燃性ガス検出判断センサユニット
２３  運転開始アノードパージ手段
２４  運転停止アノードパージ手段
２５  燃料流路切替弁
２６  燃料供給弁
２７  水素流路切替弁
２８  燃焼流路切替弁
２９  運転開始カソードパージ手段
３０  運転停止カソードパージ手段
３１  空気流路切替弁
３２  排出流路切替弁
３３  浄化触媒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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